Review
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【特集】 プラズモニクスの新展開
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特集にあたって
Introduction
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三澤弘明(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授)
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局在プラズモンを利用した非線形光化学
Photochemistry using Non-linear Optical Effects induced by Localized Surface Plasmon Resonance
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上野貢生(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 准教授)
三澤弘明(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授)
近年,光を精密に操作し分子系と結合させることが可能な金属ナノ構造体が新しい光化学反応場として注目されている。本稿では,半導体加工技術によって精緻に作製した金属ナノ構造体の光学特性について解説するとともに,光反応場としての特性を非線形分光計測や2光子重合反応によって評価した研究成果について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在表面プラズモン共鳴による光電場増強
3. プラズモン増強場の作製
4. 金ナノブロック構造の光学特性
5. 金2光子励起発光計測による光電場増強の評価
6. 2光子重合反応
7. おわりに
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プラズモン共鳴に基づく光電気化学機能
Photoelectrochemistry Based on Localized Surface Plasmon Resonance
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立間徹(東京大学 生産技術研究所 教授)
金や銀などのナノ粒子が酸化チタンなどの半導体と接触していると,金属ナノ粒子のプラズモン共鳴に伴って電荷分離が起こり,光電気化学反応が誘起される。この反応は,光によって色が変わるマルチカラーフォトクロミズム,ナノ粒子のサイズ・形状・配向の制御,光電変換,光触媒,ゲルの光誘起膨潤・収縮などに応用できる。
【目次】
1. はじめに
2. プラズモン誘起電荷分離
3. マルチカラーフォトクロミズムの挙動
4. フォトクロミズムのメカニズム
5. 銀ナノ粒子のサイズ・形状・配向の制御
6. その他の応用
7. おわりに
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プラズモンナノ粒子の精密構造制御と光学特性
Precise Structural Control and Optical Properties of Plasmonic Nanoparticles
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寺西利治(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 教授)
李村成(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 外国人特別研究員)
金原正幸(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 助教)
プラズモンナノ粒子は,光電場とのカップリングにより光エネルギーを「光電場増強」という性質を使って,ナノ粒子表面の特定ナノ空間やナノ粒子間に局在化させることができる。プラズモンナノ粒子の液相精密構造制御技術は,光-分子強結合反応場の創製と機能解明に重要な役割を演ずるであろう。
【目次】
1. はじめに
2. 短鎖チオール保護Auナノ粒子の室温粒径制御
3. 巨大Auナノ正八面体の合成と光学特性
4. おわりに
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ポーラスアルミナに基づく金属ナノ微粒子規則配列の形成とプラズモンデバイスへの応用
Fabrication of Ordered Structures of Metal Nanoparticles and their Application to Plasmonic Devices
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近藤敏彰(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 研究員;(財)神奈川科学技術アカデミー(KAST))
柳下崇(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 助教)
西尾和之(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 准教授)
益田秀樹(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 教授;(財)神奈川科学技術アカデミー(KAST))
金属ナノ微粒子の規則配列は,局在表面プラズモンに基づく光電場増強場を形成するため,機能性光デバイスの構成要素の一つとして注目を集めている。本稿では,陽極酸化ポーラスアルミナに基づく金属微粒子規則構造体の形成と,プラズモンデバイスへの応用について紹介を行う。
【目次】
1. はじめに
2. 陽極酸化ポーラスアルミナに基づく金属微粒子規則配列構造の形成
3. 金属ナノドットアレーに基づく局在プラズモンデバイス
4. 3次元金属ナノドット配列の形成と光電場増強場への応用
5. おわりに
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高強度プラズモン共鳴場創製のための周期構造とその応用
Periodic Structure and its Application to Induce a High Intensity Plasmon Resonance Field
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西井準治(北海道大学 電子科学研究所 教授)
金高健二((独)産業技術総合研究所)
田和圭子((独)産業技術総合研究所)
回折格子基板の表面に金属をコートすると,ブラッグの回折条件を満たす角度で入射した光で表面プラズモン共鳴を励起できる。本稿では,ガラス回折格子の表面に銀を成膜し,強い表面プラズモン共鳴場を形成すると同時に,そのエネルギー場を用いて,水溶液中に存在する色素でラベルされた細胞の蛍光イメージを光学顕微鏡下で観察した研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 1次元回折格子の設計と試作
3. SPRの計測と格子形状の最適化
4. 時間領域差分法を用いたプラズモン増強場の計算
5. 蛍光イメージの観測
6. さらなる高感度化に向けた技術開発
7. 今後の展開
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金・銀ナノ構造を活かした光電変換
Photoelectric Conversion Utilizing Gold and Silver Nanostructures
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山田淳(九州大学 大学院工学研究院 教授)
金や銀のナノ構造体(ナノ粒子も含む)は,紫外～近赤外域の光電場と相互作用し,光をナノ領域に局在化する。この特性をフォトニクスや計測などに応用する研究が近年注目されている。本稿では,有機太陽電池を中心とする光電変換系に金・銀ナノ構造を取り込む試みについて,筆者らの研究を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. ナノホールの活用
3. へテロジャンクション型太陽電池への応用
4. 湿式系による光電変換機構の検討
5. おわりに
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増強電場の空間分布と波動関数の近接場イメージング
Near-Field Optical Imaging of Enhanced Electric Fields and Wavefunctions
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岡本裕巳(自然科学研究機構 分子科学研究所 光分子科学研究領域 教授)
井村考平(早稲田大学 先進理工学部 准教授)
金属ナノ構造のプラズモンとそれに起因する特性を正しく理解し,設計・制御するには,プラズモンモードの空間構造や増強電場の空間分布をナノスケールで観察することが重要な意味をもつ。本稿では,それを可能とする手段の一つとして,近接場光学イメージング法を用いた研究について,金微粒子とその集合体に関する実例を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 近接場イメージング法
3. 金ナノロッドのプラズモンモードのイメージング
4. 金ナノ微粒子集合体における電場の空間分布
5. おわりに
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プラズモンアクティブな金属ナノ構造における単分子検出
A Single Molecule Detection using Plasmon Active Metal Nanostructures
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瀧本麦(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
高瀬舞(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
並河英紀(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
村越敬(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門 教授)
金属構造の局在プラズモン特性を制御することにより,金属表面の単一サイトをサイズ選択的に発光誘起させることができた。また,同様の局在電場制御と金属表面の分子吸着状態と量の制御を組み合わせることにより,単分子レベルでのラマン振動分光が可能となった。これらの現象を通じて,局在プラズモンがどこまで小さなサイズ領域にその摂動を集約することが可能となるかを議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在プラズモンによるサイズ選択的Agナノクラスター発光増強
3. 表面増強ラマン散乱による単分子検出
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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空間映像インタラクションシステムの開発
Interaction System with Floating Image
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前川聡((独)情報通信研究機構 ユニバーサルメディア研究センター 超臨場感システムグループ 主任研究員)
マイクロミラーからなる2面コーナーリフレクターアレイによる結像光学素子は,鏡映像を実像として結像することができ,任意の物体の等倍でひずみのない映像を空中に提示することが可能である。素子背面に液晶ディスプレイを置けば空中に映像表示ができ,さらに赤外線タッチパネルなどを利用することによって,空中の映像を操作することができる。このようなシステムは,手を触れずに利用できることから,医療や料理などの,手を汚したくないあるいは手が汚れている作業中でのタッチパネルの利用を可能とする。
【目次】
1. はじめに
2. 2面コーナーリフレクターアレイ
2.1 基本構造
2.2 物理的構造
2.2.1 貫通穴型光学素子
2.2.2 四角柱型光学素子
2.2.3 その他
2.3 空間映像の表示
3. インタラクションシステム
3.1 フローティングタッチディスプレイ
3.2 対面インタラクションシステム
4. おわりに
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光の三原色で発光するシリコンナノ結晶
Light Emitting Silicon Nanocrystals in the Three Primary Colors
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齋藤健一(広島大学 自然科学研究支援開発センター 低温・機器分析部門;大学院 理学研究科 准教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ)
光の三原色ならびに近紫外領域で発光するシリコンナノ結晶の創製に成功した。試料作製法は,超臨界流体中での固体のパルスレーザーアブレーションである。この手法は,筆者が世界に先がけて開発し,その特徴は,(1)任意の固体物質をナノサイズへサイズダウン,(2)数分でナノ物質・材料を創製,(3)異なる物性・構造をもつナノ構造体を選択的に創製,である。また,生成メカニズム,発光メカニズムの研究から,さらなる高機能を得るのに必要な超臨界流体の反応条件も示されている。
【目次】
1. はじめに
2. シリコンナノ結晶の生成法と評価法
3. ナノ結晶の構造と光物性
4. 急速冷却による強度の増大
5. シリコンナノ結晶の発光メカニズム
6. おわりに
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Market data
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フォトニック結晶の市場動向
Market Trend on Photonic Crystal
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 課題
5. 技術開発動向
5.1 プラズマエッチングによる量産化技術
5.2 陽極酸化ポーラスアルミナ法
5.3 量子ドット埋め込み発光素子
6. 企業動向
(1) フォトニックラティス
(2) 松下電器産業
(3) NEC
(4) NTT
(5) 東芝機械
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特集にあたって
Introduction
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三澤弘明(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授)
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局在プラズモンを利用した非線形光化学
Photochemistry using Non-linear Optical Effects induced by Localized Surface Plasmon Resonance
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上野貢生(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 准教授)
三澤弘明(北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授)
近年,光を精密に操作し分子系と結合させることが可能な金属ナノ構造体が新しい光化学反応場として注目されている。本稿では,半導体加工技術によって精緻に作製した金属ナノ構造体の光学特性について解説するとともに,光反応場としての特性を非線形分光計測や2光子重合反応によって評価した研究成果について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在表面プラズモン共鳴による光電場増強
3. プラズモン増強場の作製
4. 金ナノブロック構造の光学特性
5. 金2光子励起発光計測による光電場増強の評価
6. 2光子重合反応
7. おわりに
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プラズモン共鳴に基づく光電気化学機能
Photoelectrochemistry Based on Localized Surface Plasmon Resonance
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立間徹(東京大学 生産技術研究所 教授)
金や銀などのナノ粒子が酸化チタンなどの半導体と接触していると,金属ナノ粒子のプラズモン共鳴に伴って電荷分離が起こり,光電気化学反応が誘起される。この反応は,光によって色が変わるマルチカラーフォトクロミズム,ナノ粒子のサイズ・形状・配向の制御,光電変換,光触媒,ゲルの光誘起膨潤・収縮などに応用できる。
【目次】
1. はじめに
2. プラズモン誘起電荷分離
3. マルチカラーフォトクロミズムの挙動
4. フォトクロミズムのメカニズム
5. 銀ナノ粒子のサイズ・形状・配向の制御
6. その他の応用
7. おわりに
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プラズモンナノ粒子の精密構造制御と光学特性
Precise Structural Control and Optical Properties of Plasmonic Nanoparticles
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寺西利治(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 教授)
李村成(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 外国人特別研究員)
金原正幸(筑波大学 大学院 数理物質科学研究科 化学専攻 助教)
プラズモンナノ粒子は,光電場とのカップリングにより光エネルギーを「光電場増強」という性質を使って,ナノ粒子表面の特定ナノ空間やナノ粒子間に局在化させることができる。プラズモンナノ粒子の液相精密構造制御技術は,光-分子強結合反応場の創製と機能解明に重要な役割を演ずるであろう。
【目次】
1. はじめに
2. 短鎖チオール保護Auナノ粒子の室温粒径制御
3. 巨大Auナノ正八面体の合成と光学特性
4. おわりに
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ポーラスアルミナに基づく金属ナノ微粒子規則配列の形成とプラズモンデバイスへの応用
Fabrication of Ordered Structures of Metal Nanoparticles and their Application to Plasmonic Devices
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近藤敏彰(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 研究員;(財)神奈川科学技術アカデミー(KAST))
柳下崇(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 助教)
西尾和之(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 准教授)
益田秀樹(首都大学東京 都市環境学部 分子応用化学コース 教授;(財)神奈川科学技術アカデミー(KAST))
金属ナノ微粒子の規則配列は,局在表面プラズモンに基づく光電場増強場を形成するため,機能性光デバイスの構成要素の一つとして注目を集めている。本稿では,陽極酸化ポーラスアルミナに基づく金属微粒子規則構造体の形成と,プラズモンデバイスへの応用について紹介を行う。
【目次】
1. はじめに
2. 陽極酸化ポーラスアルミナに基づく金属微粒子規則配列構造の形成
3. 金属ナノドットアレーに基づく局在プラズモンデバイス
4. 3次元金属ナノドット配列の形成と光電場増強場への応用
5. おわりに
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高強度プラズモン共鳴場創製のための周期構造とその応用
Periodic Structure and its Application to Induce a High Intensity Plasmon Resonance Field
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西井準治(北海道大学 電子科学研究所 教授)
金高健二((独)産業技術総合研究所)
田和圭子((独)産業技術総合研究所)
回折格子基板の表面に金属をコートすると,ブラッグの回折条件を満たす角度で入射した光で表面プラズモン共鳴を励起できる。本稿では,ガラス回折格子の表面に銀を成膜し,強い表面プラズモン共鳴場を形成すると同時に,そのエネルギー場を用いて,水溶液中に存在する色素でラベルされた細胞の蛍光イメージを光学顕微鏡下で観察した研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 1次元回折格子の設計と試作
3. SPRの計測と格子形状の最適化
4. 時間領域差分法を用いたプラズモン増強場の計算
5. 蛍光イメージの観測
6. さらなる高感度化に向けた技術開発
7. 今後の展開
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金・銀ナノ構造を活かした光電変換
Photoelectric Conversion Utilizing Gold and Silver Nanostructures
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山田淳(九州大学 大学院工学研究院 教授)
金や銀のナノ構造体(ナノ粒子も含む)は,紫外～近赤外域の光電場と相互作用し,光をナノ領域に局在化する。この特性をフォトニクスや計測などに応用する研究が近年注目されている。本稿では,有機太陽電池を中心とする光電変換系に金・銀ナノ構造を取り込む試みについて,筆者らの研究を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. ナノホールの活用
3. へテロジャンクション型太陽電池への応用
4. 湿式系による光電変換機構の検討
5. おわりに
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増強電場の空間分布と波動関数の近接場イメージング
Near-Field Optical Imaging of Enhanced Electric Fields and Wavefunctions
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岡本裕巳(自然科学研究機構 分子科学研究所 光分子科学研究領域 教授)
井村考平(早稲田大学 先進理工学部 准教授)
金属ナノ構造のプラズモンとそれに起因する特性を正しく理解し,設計・制御するには,プラズモンモードの空間構造や増強電場の空間分布をナノスケールで観察することが重要な意味をもつ。本稿では,それを可能とする手段の一つとして,近接場光学イメージング法を用いた研究について,金微粒子とその集合体に関する実例を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 近接場イメージング法
3. 金ナノロッドのプラズモンモードのイメージング
4. 金ナノ微粒子集合体における電場の空間分布
5. おわりに
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プラズモンアクティブな金属ナノ構造における単分子検出
A Single Molecule Detection using Plasmon Active Metal Nanostructures
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瀧本麦(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
高瀬舞(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
並河英紀(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門)
村越敬(北海道大学 大学院 理学研究院 化学部門 教授)
金属構造の局在プラズモン特性を制御することにより,金属表面の単一サイトをサイズ選択的に発光誘起させることができた。また,同様の局在電場制御と金属表面の分子吸着状態と量の制御を組み合わせることにより,単分子レベルでのラマン振動分光が可能となった。これらの現象を通じて,局在プラズモンがどこまで小さなサイズ領域にその摂動を集約することが可能となるかを議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在プラズモンによるサイズ選択的Agナノクラスター発光増強
3. 表面増強ラマン散乱による単分子検出
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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空間映像インタラクションシステムの開発
Interaction System with Floating Image
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前川聡((独)情報通信研究機構 ユニバーサルメディア研究センター 超臨場感システムグループ 主任研究員)
マイクロミラーからなる2面コーナーリフレクターアレイによる結像光学素子は,鏡映像を実像として結像することができ,任意の物体の等倍でひずみのない映像を空中に提示することが可能である。素子背面に液晶ディスプレイを置けば空中に映像表示ができ,さらに赤外線タッチパネルなどを利用することによって,空中の映像を操作することができる。このようなシステムは,手を触れずに利用できることから,医療や料理などの,手を汚したくないあるいは手が汚れている作業中でのタッチパネルの利用を可能とする。
【目次】
1. はじめに
2. 2面コーナーリフレクターアレイ
2.1 基本構造
2.2 物理的構造
2.2.1 貫通穴型光学素子
2.2.2 四角柱型光学素子
2.2.3 その他
2.3 空間映像の表示
3. インタラクションシステム
3.1 フローティングタッチディスプレイ
3.2 対面インタラクションシステム
4. おわりに
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光の三原色で発光するシリコンナノ結晶
Light Emitting Silicon Nanocrystals in the Three Primary Colors
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齋藤健一(広島大学 自然科学研究支援開発センター 低温・機器分析部門;大学院 理学研究科 准教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ)
光の三原色ならびに近紫外領域で発光するシリコンナノ結晶の創製に成功した。試料作製法は,超臨界流体中での固体のパルスレーザーアブレーションである。この手法は,筆者が世界に先がけて開発し,その特徴は,(1)任意の固体物質をナノサイズへサイズダウン,(2)数分でナノ物質・材料を創製,(3)異なる物性・構造をもつナノ構造体を選択的に創製,である。また,生成メカニズム,発光メカニズムの研究から,さらなる高機能を得るのに必要な超臨界流体の反応条件も示されている。
【目次】
1. はじめに
2. シリコンナノ結晶の生成法と評価法
3. ナノ結晶の構造と光物性
4. 急速冷却による強度の増大
5. シリコンナノ結晶の発光メカニズム
6. おわりに
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Market data
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フォトニック結晶の市場動向
Market Trend on Photonic Crystal
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 課題
5. 技術開発動向
5.1 プラズマエッチングによる量産化技術
5.2 陽極酸化ポーラスアルミナ法
5.3 量子ドット埋め込み発光素子
6. 企業動向
(1) フォトニックラティス
(2) 松下電器産業
(3) NEC
(4) NTT
(5) 東芝機械
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